双轴旋耕秸秆还田机设计毕业论文.doc

双轴旋耕秸秆还田机设计毕业论文1 绪论1.1秸秆的还田技术的发展趋势在之前，农作物的秸秆就已经以很多种形式（包括垫栏、堆沤、燃烧过后的草木灰能够直接还田）与人和动物的粪便等一起混合起来并投入土壤的农作物循环中，现在农村的经济也已经迅速地在发展，农村劳动力也不断在变少，农民更多的是选择出去打工，所以秸秆间接还田技术很难继续在农村里推广下去。此外，考虑到目前将秸秆用于工业生产的难度大以及燃烧结构的调整等因素，因此需要我们在农村发展稻麦秸秆直接还田的技术。采用机械化的作业使秸秆直接还田有很多益处，一方面既可以节省大量的人力，不断地提高作业效率，另一方面，也可以用高温型菌种制剂将玉米、小麦、水稻等秸秆迅速地发酵成优质并且高效的有机肥。我国的秸秆还田技术创始于20世纪的60年代，一开始是在我国北方城市的一些农场推广玉米秸秆直接还田，当作有机肥使用，与此同时我国开始研究试验单项技术的发展。在随后的几年里，在我国的南方开始推广和应用。从90年代起，开始了将农艺和农机相结合的试验，在符合中国国情发展的旋耕机械设计以及耕作技术等方面取得了快速的突破。1996，全国秸秆还田总面积突破上升为5亿亩，全国的年秸秆还田总量上升为1亿吨，大概占秸秆总量的百分之二十左右。现在我国的秸秆还田技术主要在我国华北、长江下游一带应用较为广泛，而且秸秆还田技术的应用在旱田里多于水田。 而现在市场更多的是提倡复式作业机具的发展。其存在着很多益处，一方面，复式作业能够节约工作成本；另一方面，也可以减少拖拉机来回反复压田的次数，从而满足了农民低成本的生产要求。目前，我国农用机械正在展开的复合作业的研究方式有：秸秆粉碎+根茬破茬机，联合收获机+切碎还田机，秸秆还田+深松，秸秆粉碎+根茬破碎+免耕播种机等多种模式。多种复合式作业形式的不断创新与发展，将会逐渐取代当前的单项作业，肯定会成为今后农用机械的发展之重。在如何发展秸秆还田这一门技术的问题上，我们可以通过积极地开发新的产品来解决这一难题。在我们开发新产品的时候，要特别地注意在工作结构、原理以及功能方面有所创新。例如一些功率消耗较小成本低的机具的研发与推广等问题。注重提高产品技术水平，增强产品的可靠性能，提升产品的使用可靠性，提高安全性。秸秆还田机型是我国近期农用机械发展的一个重要环节，面临着一次发展的机遇，同时也具备着挑战。1.2秸秆还田技术的发展潜力秸秆还田是一门造福于民，还利于民的技术，它有着很大的发展前途。一方面，我国各级领导和相关部门的高度重视。之前的国家领导人江泽民、温家宝等人曾经先后多次作出重要的指示，督促农业相关部门要解决好秸秆焚烧这个大问题。国家农业部门也曾先后多次通知全国各地大力发展和推广秸秆还田综合技术，全面禁止就地焚烧秸秆，并且同时把秸秆还田技术作为了“沃土计划”的重点，这在很大程度上促进了该技术的发展。另一方面，秸秆还田技术是秸秆综合利用的重要形式，节省了人力物力、方便操作、保护了自然环境。特别适用于目前农村劳动力十分紧张的情况，符合目前农业发展的需求。在我国的北方机械化程度相对较高的平原地区，运用机械粉碎玉米、小麦的秸秆直接还田，已经取得了良好的效果。1.3 课题的背景和选题意义目前，已经研制出的旋耕还田机械，大多数与大、中型拖拉机的连接是不太不合理的，此外，我国目前的旋耕机械多数采用的是单轴结构，在对旱地进行旋耕翻土作业时，机组需连续作业两遍，不但效率低，作业效果差，作业成本高，并且增加了拖拉机压地次数，容易造成土地板结，不利于农作物生长，直接影响到粮食产量。为了解决现有旋耕秸秆还田机具存在的问题，本研究课题提供了一种双轴旋耕秸秆还田机。本设计发明的机具，只须进行一遍旋耕还田作业，就能够超过原有机械两遍的工作量，不但效果良好、效率高，而且很大程度上减少了成本。11.4 课题的研究内容 针对我国目前农业的机械化旋耕机具还存在的问题，结合农机、农艺及农民朋友们的实际要求，本课题的实际任务是研制一种可以前后旋耕作业的双轴旋耕秸秆还田机。根据课题的进展情况，拟完成以下的内容：（1） 分析双轴旋耕秸秆还田机设计所需要的数值，为设计的机具奠定权威的科学基础。（2） 列出双轴旋耕秸秆还田机的机具总体设计方案；根据机具的实际工作要求初步选择能与其配合使用的拖拉机型号，并以此作为基础再来确定各个零部件的设计参数和其具体的结构。1（3） 中间传动箱的设计。（4） 绘制各部件的图纸，样机试制。 （5）绘制机具的总体装配图，修改和完善各部件零件图。 1.5 研究技术路线分析理论分析、计算 总体设计方案确定 图纸的设计与绘制 样机结构设计试验分析 样机改进设计2 总体方案设计2.1 技术要求在设计双轴旋耕秸秆还田机的过程当中，考虑到我国目前农机、农艺的发展情况，可提出以下几点设计准则：（1） 切土的节距、旋耕深度、沟底的平整度等参数必须要满足国内土壤土质类型对耕作的农业的机设要求，从而可以确定一下的性能参数范围：旋耕深度1216；耕深的稳定性85%；碎土节距15；沟底的凸起高度允许值5；碎土率85%；同时，不存在漏耕现象；经与导师和同学们的讨论，现决定采用这个标准，在该标准中，旋耕机的刀轴转速范围在150350 r/min之间，在讨论之后，现确定旋耕机刀轴的转速为280r/min,旋耕刀采用直角刀。（2） 在旋耕作业的整个过程当中，两个旋耕刀轴上的旋耕刀具不能发生刀片推土的现象。（3） 在保证工作效率同时满足机械强度的条件下，尽量合理地设计机架的外形尺寸，以减少整个机具的重量，降低成本。同时还需考虑机具上零件的可装配性、互换性等要求。（4） 一机多用。该机具除了用于旋耕作业以外，换上别的刀具能实现不同的作业。22.2 总体机构与工作原理该双轴旋耕秸秆还田机主要包括万向节、悬挂架、齿轮减速箱、机架、侧边链条箱、弹性拖板、前后旋耕刀轴、旋耕刀具等。机具大致是这样安装的：整体设有一个矩形的立体机架，在机架的正前方，纵向地安装了一个可以与拖拉机挂接的悬挂架，在悬挂架的中间位置，安装了纵向万向节，在机架上部的中间位置，安装了一个中间齿轮减速箱，传动箱的输入轴通过纵向万向节与拖拉机的动力输出轴连接在一起。中间齿轮箱的动力输出端，左右分别连接着两个半轴结构，作为该机具的前刀轴；后旋耕刀轴与前旋耕刀轴采用链传动连接；前旋耕刀轴横向地安装在中间传动箱的下方两侧；后旋耕刀轴，安装在机架的后下方，该后旋耕刀轴一端与链条箱的输出链轮连接，接受侧边链条箱的输出动力，后旋耕刀轴的另一端与机架连接；在前旋耕刀轴上，安装旋耕刀或者是前水田埋耕刀；在后旋耕到轴上，安装有旱田使用的旋耕刀具，通过前、后旋耕刀轴的转动作业，可同时完成旋耕、碎土、秸秆掩埋以及平整土地的复式作业；弹性拖板安装在整个机具的，在力的作用下，拖板使这块横向的面板紧贴地面，即可把土地平整的更好。 下面结合附图对本机具作进一步说明：图中，1纵向万向节，2悬挂架，3中间传动箱，4机架，5侧边链条箱，6弹性拖板，7前旋耕刀轴，8旋耕刀，9后旋耕刀轴。双轴旋耕秸秆还田机在地里正常作业时依靠悬挂架与拖拉机后端连接，带动着机具运转。拖拉机输出轴传递的动力经纵向万向节传递给齿轮减速箱，减速箱下面的输出轴直接作为旋耕机的前刀轴，前刀轴与后刀轴在同一水平面上，通过平行的链传动将动力传递给后刀轴，从而实现双轴旋耕作业。2.3 配套动力计算2.3.1 旋耕功耗的计算双轴旋耕秸秆还田机作业时，旋耕刀轴所受的阻力大小是每个旋耕刀所受的阻力的总和，旋耕阻力的大小、方向和作用点的位置又和旋耕刀的转角、土壤、前进速度、耕深以及刀轴的转速有关。现在开始估算旋耕机的功率，选用以下公式进行计算： = 0.1hB （21）式中：h 耕深，；根据实际的农艺要求本机选用h = 12； 机具前进速度, m/s;本机选用=0.85m/s; B 耕幅，m；考虑实际的工作需求本机取B =2m； 旋耕比阻，N/；=,查阅资料可得， =16，=1.2，=0.92，=1.2，=0.71将数据代入式（21），可知 =20.7KW.132.3.2 机组行驶功耗计算 轮式拖拉机在工作的时候要克服滚动阻力，牵引工作时要克服前进阻力。在本双轴旋耕秸秆还田机的能耗计算过程中主要考虑的是机组在行驶过程中受到的牵引阻力以及土壤的滚动阻力。机组的前进速度为，则机组的行驶功耗为： =（+） （22） 又：= K B h ；= f （23）式中：K 土壤比阻，N/； 取K = 9 N/ B工作幅宽，； h 耕深，； f 滚动阻力系数，取f = 0.1； 轮式拖拉机的使用总质量作用在拖拉机上的总重力，N；将数据代入式（23），得 = 14580N , =3100N .代入式（22）得，=17.3KW 2.3.3拖拉机的选择根据以上功率消耗的计算，可得整个机组总共耗为58.7KW,即：可选择东方红牌80马力4驱X804型轮式拖拉机与双轴旋耕秸秆还田机进行配套使用。122.4主要技术参数表21 主要技术参数项 目设计值工作幅宽2m旋耕转速280r/min耕深12拖拉机输出转速720r/min3 传动部分设计3.1 中间传动箱的总体结构与工作原理图3-1中间传动箱结构示意图Fig3-1 Structure of Intermediate gearbox1箱盖，2小直齿圆柱齿轮，3小锥齿轮，4中间箱体，5大直齿圆柱齿轮，6齿轮轴，7中间齿轮，8大锥齿轮轴，9大锥齿轮 双轴旋耕秸秆还田机的中间传动箱（如图3-1所示），主要由箱盖1、小直齿齿轮2、小锥齿轮3、中间箱体4、大直齿齿轮5、齿轮轴6、中间齿轮7、大锥齿轮轴8以及大锥齿轮9组成。该中间传动箱可以实现变速、换向等功能。根据实际的需要，完成双轴旋耕、碎土复合式作业。2 该中间传动箱起到分级降速的作用。拖拉机的驱动力经由纵向万向节传递给小锥齿轮轴，而中间传动箱的动力输入轴与大锥齿轮轴是交错的，故采用锥齿轮啮合，且动力由锥齿轮3和9传递给大锥齿轮轴8达到一级降速的目的。在轴8上安装一个直齿圆柱齿轮2，动力再由齿轮7和齿轮5的传递给输出轴6，从而达到所需的转速，轴6直接作为双轴旋耕秸秆还田机的前刀轴；轴8通过横向万向节连接侧边的链轮箱，通过链条传动将动力降级传递给后刀轴。3.2 中间传动箱主要零部件设计3.2.1 主要参数的设计选择（1） 配套动力：80马力的拖拉机（所选择的拖拉机型号为东方红/X804，输出轴转速为720r/min，额定功率为58.7kw）3（2） 作业幅宽：200（3） 作业耕深：12（4） 旋耕刀轴转速：280r/min3.2.2 主要工作部件设计计算各传动副的效率为：圆锥齿轮：=0.97 ； 直齿圆柱齿轮：=0.98 ；球轴承：=0.99；万向节：=0.97153.2.3传动装置的动力计算由以上的分析可知，拖拉机的额定功率为58.7kw，则各个轴的功率为： = = 58.70.97 = 56.94kw = =56.940.990,.97=54.68kw =54.680.990.98=53.05kw 53.050.990.98=51.47kw 3.2.4 传动比的分配（1） 总的传动比：（2） 对各级传动比设为，（3） 为了让锥齿轮的尺寸设计的不过于太大，一般使，通过下列设计锥齿轮确定最终的，然后根据2轴的转速=和已知的四轴的转速为280r/min左右确定。3.3 传动齿轮的选择设计 3.3.1 锥齿轮1、2的设计计算1. 选定齿轮的齿轮类型、精度等级、材料以及齿数1） 按图3-1所示的传动方案，选用锥齿轮传动。2） 旋耕机为农用机械，故选用8级精度。143） 材料选择。参照相关资料相关参数的图表可以选择小锥齿轮的材料为40Cr，硬度为280HBS，大齿轮材料为45钢，硬度为240HBS。144） 确定小齿轮齿数为=24，大齿轮齿数=1.4624=35.04，取=37。从而实际传动比=1.54.2. 按齿面接触强度设计由于所选用的齿轮材料硬度小于350HBS，且传动方式是闭式的，故其属于软齿面闭式传动，其主要失效形式为齿面点蚀，所以设计准则是通常按齿面接触疲劳强度设计，然后按齿根弯曲疲劳强度校核。其中，设计计算公式为：(1) 确定公式内的各计算数值1）试选载荷系数。2）计算小齿轮传递的转矩。 小齿轮传递的转矩即1轴的扭矩。 大齿轮传递的转矩即2轴的扭矩。 3）参照相关资料选取齿宽系数=1/3。144）由于锥齿轮的压力角=20，故可取区域系数。再参考相关参数的图表确定材料的弹性影响系数。145）参考相关数据资料，按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限；大齿轮的接触疲劳强度极限146）参照相关资料计算齿轮的应力循环次数。（假定机器工作5年，每年工作60天，每天工作8小时） 7)参照相关资料相关参数的图表可取接触疲劳寿命系数 148) 计算接触疲劳许用应力。确定失效概率为1%，安全系数S=1，参照相关资料的公式得悉，(2) 计算1）试算小齿轮分度圆直径，代入中较小的值。 =2） 计算圆周速度v。3）计算齿宽b。4） 计算载荷系数。由v=7.37m/s , 8级精度，参照相关资料的相关内容查得动载系数；直齿锥齿轮，；14参照相关资料的相关内容确定使用系数;14参照相关资料的相关图表用插值法查得8级精度的小齿轮，可得；故载荷系数为：5）校正所算得的分度圆直径，参照相关资料的相关内容得悉，6） 计算模数m。 取标准模数m=10.3. 按齿根弯曲强度校核参照相关资料的相关内容，齿根弯曲强度的校核公式为：14(1) 确定公式内的各计算数值 1）参照相关资料的相关参数，确定小齿轮的弯曲疲劳强度极限；大齿轮的弯曲强度极限14 2）参照相关资料的相关参数图表，确定弯曲疲劳寿命系数，14 3)计算弯曲疲劳许用应力。确定弯曲疲劳安全系数为S=1.4，参照相关资料的相关公式得悉， 4）计算载荷系数K。 5）查取齿形系数。 由相关资料相关参数的图表可查得 ； 14 6)查取应力校正系数 由相关资料相关参数的图表可查得 ； 14 7）计算齿宽b。 取整数b=81mm。 8）校核齿根弯曲疲劳强度 经过校核计算，齿根弯曲疲劳强度符合要求，故这对锥齿轮设计合理安全，所选参数合适。3.3.2 直齿轮3、4的设计计算1 确定直齿轮的齿数以及传动比 经过上述的分析计算确定，所以2轴的转速为，则。若取，则，取整数即；考虑到结构的紧凑型及传动连接的可靠性，取。从而可以确定实际的、。，。2 选定齿轮类型、精度等级、材料。1） 按照图3-1所示的传动方案，选用直齿圆柱齿轮传动。142） 旋耕机为一般农用机械，速度不高，故选用8级精度。143） 材料选择。参照相关资料相关参数图表，确定小锥齿轮的材料为40Cr，硬度为280HBS，大齿轮材料为45钢，硬度为240HBS。143 按齿面接触强度设计 因为所选用的齿轮材料硬度小于350HBS，并且传动方式属于闭式传动，故其属于软齿面闭式传动，其主要失效形式为齿面点蚀，所以设计准则是通常按齿面接触疲劳强度设计，然后按齿根弯曲疲劳强度校核。其中，设计计算公式为：(1) 确定公式内的各计算数值1）试选载荷系数2）计算齿轮3所传递的转矩即2轴的扭矩。3） 参照相关资料相关参数的图表可选取齿宽系数。144） 参照相关资料相关参数的图表可查得材料的弹性影响系数。14 5）参考相关参数的图表，按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限；大齿轮的接触疲劳强度极限。146）参考相关公式计算应力循环次数。（假设机器工作5年，每年工作60天，每天工作8小时）。147） 参照相关资料相关参数的图表可取接触疲劳寿命系数 8）计算接触疲劳许用应力。确定失效概率为1%，安全系数S=1，参照相关资料的相关公式得悉， （2） 计算 1）计算小齿轮分度圆直径，代入中较小的值。 2)计算圆周速度v。 3）计算齿宽b。 4）计算齿宽与齿高之比。模数 齿高 5）计算载荷系数。 由v=3.68m/s，8级精度，参考相关资料相关参数的图表，查得动载系数 直齿轮，;14 参照相关资料相关参数的图表，查得使用系数；14 参照相关资料相关参数的图表，用插值法查得8级精度的小齿轮，可得。14 根据，参照相关资料相关参数的图表，得；故载荷系数：6） 校正所算得的分度圆直径，参照相关资料的相关公式得悉，7）计算模数m。取整m=9。4 按齿根弯曲强度校核参照相关资料的相关参数，可得弯曲强度的校核公式为（1） 确定公式内的各计算数值 1）参照相关参数的图表得悉，确定小齿轮的弯曲疲劳强度极限，大齿轮的弯曲疲劳强度极限。14 2）参照相关资料相关参数的图表得悉，确定弯曲疲劳寿命系数，；14 3）计算弯曲疲劳许用应力。取弯曲疲劳安全系数S=1.4，由相关资料的相关公式得悉， 4）计算载荷系数K。 5)查取齿形系数。 由相关资料相关参数的图表可查得； 6）查取应力校正系数 由相关资料相关参数的图表可查得 ； 7）计算尺宽。 取整为162mm，因为小齿轮3的齿宽略大于大齿轮4的齿宽，故取大齿轮4的齿宽为150mm，从而大齿轮4的宽径比为0.476. 8）校核齿根弯曲疲劳强度 经上述校核计算，齿根弯曲疲劳强度符合要求，故直齿轮3、4设计合理安全，所选参数合适。3.3.3 直齿轮5的设计计算由于直齿轮4的设计计算已在上文分析过，且齿轮4、5是一对啮合的齿轮，故只需对直齿轮4，5进行强度校核就可以了。直齿轮5的精度等级和材料的选定与直齿轮3相同，都选用8级精度和40Cr（调质）。现只需对齿轮5进行齿面接触疲劳强度以及齿根弯曲疲劳强度校核。1 按齿面接触疲劳强度校核。校核公式为 (1) 确定公式内的各计算数值 1）计算齿轮5传递的转矩。 2）由于直齿轮的=20，故可取区域系数。参照图表得悉，确定材料的弹性影响系数。14 3）参照相关资料相关参数的图表得悉，按齿面硬度确定齿轮5的接触疲劳强度极限。14 4）参照相关资料的相关公式计算应力循环次数。（假定机器工作5年，每年工作60天，每天工作8小时） 5）参照相关资料的相关系数的图表得悉，可取接触疲劳寿命系数14 6）计算接触疲劳许用应力 确定失效概率为1%，安全系数S=1，参照相关资料的相关公式得悉， （2） 计算 1）计算圆周速度v。 2) 计算齿宽。 由上述分析得齿轮4的齿宽b=150mm 3) 计算齿宽与齿高之比。 齿高 宽高比 4）计算载荷系数 由v=4.11m/s，8级精度，参照相关资料的相关系数图表，确定动载系数；直齿轮，参考相关资料相关参数的图表查得使用系数参考相关资料相关参数的图表用插值法8级精度、小齿轮非对称布置时可得。由 b/h=7.41，根据,得。 （3）校核齿面接触强满足齿面接触疲劳强度。2 按齿根弯曲疲劳强度校核弯曲强度的校核公式为14（1） 确定公式内的数值。 1）参照相关资料相关参数的图表，确定齿轮5的弯曲疲劳强度极限。 2）参照相关资料相关系数的图表，确定弯曲疲劳寿命系数， 3）计算弯曲疲劳许用应力。确定失效概率为1%，安全系数S=1，参照相关资料的相关公式得悉， 4）计算载荷系数。 5）查取齿形系数。 由相关资料的相关公式查得 6）查取应力校正系数。 7）计算齿宽b。 由于齿轮4的齿宽为150mm，因齿轮4的齿宽略大于齿轮5的齿宽，所以可设齿轮5的齿宽为140mm。则齿轮5的宽径比为。 8）校核齿根弯曲疲劳强度。满足齿根弯曲疲劳强度。综上所述，齿轮5所选参数合理。4 旋耕刀轴的设计（刀轴分为两个部分，前刀轴采用的是两个半轴结构，后刀轴是一个长轴，因为的尺寸以及精度等级要求不一样，所以它们的计算校核要分开进行。）4.1 前旋耕刀轴的设计1. 求刀轴上的功率P、转速n和转矩T。由上述分析可知，P=51.47kw n=280r/min T=。2. 求作用在齿轮上的力因已知低速级齿轮5的分度圆直径为而 3. 初步确定轴的最小直径参照相关资料的相关公式，初步估算轴的最小直径。确定轴的材料为45钢。参照相关资料相关参数的图表，取，于是得 4. 轴的结构设计（1） 确定零件的装配方案先选用一下装配方案，如图（41）图4-1 （2）轴上零件的周向定位齿轮与轴的周向定位采用平键连接。根据参照相关资料相关图表确定平键截面的尺寸，键槽的长为80，为了保证齿轮与轴的配合有较好的对中性，故选择齿轮轮毂与轴的配合为。因旋耕机的耕幅为200，故先拟取半个轴长为80。5. 求轴上的载荷（1） 求支反力F水平面 根据B点用力矩平衡公式：则 解得 同理 垂直面 根据A点用力矩平衡公式：则 解得 (2) 求弯扭矩M 、T总弯矩由上述分析已知 T=1.76（3） 画弯扭矩图6. 按弯扭合成应力校核轴的强度参照相关资料的相关公式得悉，校核公式为 14(1) 确定公式中的各数值 1）计算总弯矩 2）计算扭矩T T=1.76 3)计算抗弯截面系数实心轴的抗弯截面系数， 其中D为刀轴的直径，经上述结构计算可知D=64mm，带入计算得。 4）确定式中的值旋耕刀轴所受的扭转切应力可当作脉动循环变应力，即取0.6。 5）确定许用应力。参照相关资料得悉，当轴的材料为45钢时。14(2) 强度校核计算故安全。7. 精确校核轴的疲劳强度（1） 判断危险截面由上述分析可判断，齿轮与轴配合处的截面即为该轴的危险截面。（2） 截面左侧抗弯截面系数 抗扭截面系数 截面左侧的弯矩M为截面左侧的扭矩T为1760000截面上的弯曲应力截面上的扭转切应力轴的材料为45钢时。参照相关资料相关参数的图表，确定，。14截面上因为轴肩而形成的理论应力集中系数和由相关资料相关参数的图表查取。因为，经插值后可查得 ， 参照相关资料相关系数的图表得悉，确定轴的材料的敏性系数为 ， 参照相关资料相关参数的图表得悉，确定有效应力集中系数为参照相关资料相关系数的图表得悉，确定尺寸系数；参照相关资料相关系数的表得悉，确定。14轴通过磨削加工，参照相关资料的相关图表可确定表面质量系数为由于轴没有进行表面强化处理，则。参照相关资料的相关公式计算综合系数参照相关资料相关系数的图表可确定碳钢的特性系数为，取，取最后，计算安全系数值，参照相关资料的相关公式得悉，故可知其安全。14该轴在危险截面右侧的校核与左侧类似，在此就不作具体阐述。4.2 后旋耕刀轴的设计 关于后刀轴的功率、转速以及转矩可参考前刀轴设计的数据，这里就不作详细阐述。1. 轴的结构设计（1） 确定装配方案现选用以下装配方案，如图所示，轴长拟取210。2. 求轴上的载荷（1） 求支反力F由上述可知， （2） 求弯扭矩M、T（3） 画弯扭矩图3. 按弯扭合成应力校核轴的强度参照相关资料的相关公式得悉，校核公式为（1）确定公式内的各数值1）计算总弯矩2） 计算扭矩T T=1.76 3） 计算抗弯截面系数实心轴的抗弯截面系数，其中D为刀轴的直径，经上述结构计算可知D=64mm，带入计算得。4） 确定式中的值旋耕刀轴所受的扭转切应力可当作脉动循环变应力，即取0.6。5）确定许用应力。参照相关资料得悉，当轴的材料为45钢时（2）强度校核计算故安全。4.3 刀滚的设计刀滚主要是由刀片、刀轴、刀座三个部分组成（如上图所示）。刀片和刀座都是全系列通用。它是旋耕机上面的主要工作部件，刀片的形状以及其排列的方式取决于该旋耕机的工作性能。4.3.1 刀滚半径的选择 刀滚半径实际上是刀片端点到刀轴回转中心的长度。其主要的选用原则首先要满足耕深要求，刀轴半径的大小应该尽量设计小一些，能够使刀片尖点处的圆周速度不至于太大，避免了功率的更多消耗，同时也能够使整个机具的结构更加紧凑，降低机具的整体质量。在本次设计中我们选择的最大耕深为12，刀滚半径为240mm。4.3.2 刀片的选择与安装4.3.2.1 刀片的选择 旋耕刀具是旋耕机主要的工作部件，主要分为直角刀、凿形刀以及弯刀等类型。（1） 直角刀。刀具的刃口是平直的，它是由纵切刃（侧切刃）与横切刃（正切刃）组成，两个刀刃口相交约成，刀身比较宽，刚度比较高，比较适用于在旱地作业。（2） 凿形刀。利用刀刃的前端尖头或者平口形的刀口凿入而入土并将泥土切碎，这种刀具适用于在果园或者杂草少的菜地上作业。另外，有一种弹性功能很好的凿形刀，它适用于在多砂石的土壤上面工作。（3） 弯刀。与上面列举的两种刀具不同的地方在于，切削的时候弯刀的曲线刀刃切口是由距离轴心近的侧边切刃先切，然后再慢慢地转移到远处，最后再由正切刃来切削。而这种切削的方式是以地面作为支撑面，将稻、麦的草茎秸秆压在未耕地上，另外还有侧切刃口运用了阿基米德螺旋线技术，因此拥有比较强的滑切能力，容易将稻、麦的草茎秸秆切碎。即使是稻麦的秸秆没有能够一次性地切断，也可以利用曲线刃口的变化，将稻麦的草茎秸秆从刃口的前端面抛出去，所以不容易发生缠草的现象。这种类型的刀具更多地适用于水田作业，是较为常用的旋耕机刀具。 因为本设计任务是双轴旋耕秸秆还田机，它的作业都是在旱地上进行的，故经过上述比较分析，选用直角刀较为合适。（前、后刀轴均选用直角刀） 4.3.2.2 刀片的安装在弯刀安装在刀座上面之前，应先运用样板曲线一一地对弯刀的外部结构进行仔细的检查，其中允许的最大误差不能够大于3毫米。如果刀具刃口缺损或者磨钝超过标准，则应将刀具刃口磨锐或更换新的刀具。另外，还需要将刀具刃口淬火，提高硬度。弯刀的正切刃分为左弯以及右弯，所以它的抛土方向也对应地分为左抛和右抛。所以，根据现有的农艺标准，来选择最为合适的安排方式，从而获得较为理想的耕作效果。（1） 交错安装法。如下图所示（a）所示，左、右刀具交错地安装在刀轴上面，也就是说同一平面的刀座上面安装左、右刀具各一把，从而使两把弯刀的正切刃做左右方向交替翻土，这样就改良了只向一侧翻土的现象，这种方法可以使耕后的土地平整，很适用于平作。（2） 向外安装法。如下图（b）所示，刀轴的左边安装左弯刀，刀轴的右边全部安装右弯刀，这种安装方法的刀具拥有向两侧抛、翻土的功能，中间部分出现浅沟，可以减少开沟的工作量，适用于在耕作地里面作业。（3） 向内安装法。如下图（c）所示，中间刀具的安装向内侧弯，地面容易凸起，适合用于填埋坑沟。弯刀的安装要按照顺序进行，不能搞错了弯刀的朝向，一定要让刃口切土，禁止刀具的刀背入土，以防损坏了机件，从而很大程度上影响耕作的质量。如果确认安装无误之后，再拧紧固定住螺帽。4.3.2.3 刀片的排列 刀具在轴上的安装排列一般都采用双头螺旋线的排列方式。比如上述的交错安装法，除了在最外的两端各安装一把向内的瓦刀之外，在每个截面上安装左、右弯的弯刀各一把，每一把刀都在螺旋线上面，如下图所示。这样的话旋耕之后的土地表面都是平整的，刀片以及刀轴的负荷都是均匀的。5 其他零部件的设计5.1 万向节的选择 一般常用的联轴器都已经被规范化了，在选用的时候，应先按照工作条件选择合适的型号；然后再根据轴所受载荷的大小、转速等因素确定联轴器的型号。根据实际的需求，双轴旋耕秸秆还田机的动力输入轴与所选择的拖拉机的动力输出轴之间需要角位移，并且要有一定量的径向位移，由机械设计手册可知，本机的设计采用十字轴式双万向联轴器。 （51）式中：传递的扭矩，； 为采用滚针轴承时的修正系数，这里取1.2； 冲击系数，这里取2。将各个数值代入式（51）可得：，因此可以确定东方红牌X804型轮式拖拉机与双轴旋耕秸秆还田机之间的连接采用WS8联轴器（G）JB/T 5901-1991。这种万向节的内部构造十分简单，它是由带有轴叉的两个半联轴器1、3，通过圆柱销7、套筒6和销钉5以及十字轴4组成十字轴式的连接，如下图所示，这种万向节允许的最大轴间角可达，一般常用的轴径范围为8-42，转矩为11.2-1920，以传递最平稳的转矩为宜。万向节的十字轴制造材料采用的是合金钢，热处理过后硬度可达55-62HRC，其他各零件均采用35或者是45钢制造并经过热处理48-52HRC。145.2 轴承的选择根据现在设计的实际需求，中间传动箱内部的轴承选择有两种，其中第一种同时受到轴向、径向的联合载荷，为了考虑其实用性，特别选用了圆锥滚子轴承。它因为是系线的接触，所以承载能力也就特别大，能够同时承载比较大的轴向和径向的联合载荷，内外圈能够分离，装拆比较方便，成对出现。而第二种只需承受径向的载荷，经比较选择滚针轴承比较合适，主要用在从动齿轮与轴配合的地方，用于实现齿轮的空转。而对于滚动轴承，其主要实效形式为疲劳点蚀，所以轴承的尺寸应该按照其疲劳强度即寿命计算。 （52）式中：轴承的额定寿命，h； 轴承的转速，； 轴承的额定动载荷，； 轴承寿命指数，对于滚子轴承； 当量动载荷，。其中，基本额定动载荷系数指的是轴承所能够承受的最大的在载荷值，用字母C表示，参照相关系数的图表可获悉。为了方便计算，可以将式（52）改写成 （53）同时，令：； 。所以，式（53）可改写成： （54）式中：寿命系数； 转速系数。将式（54）代进式（52），可得： （55）这里以圆锥滚子轴承为例，计算轴承的寿命。根据，确定得，。15将它们代入式（55），得：。 所以上述所选择的轴承满足设计要求。同理对其他的所选轴承依次计算，均满足工作要求，故所选轴承合适。 综上所述，拖拉机的动力输出轴带动1轴转动，根据工作要求选择使用单列圆锥滚子轴承32208,2、3、4轴的轴承都是选用圆锥滚子轴承30207,1、2、3轴与齿轮配合处均选用滚针轴承，前刀轴与齿轮配合处选用滚针轴承。 因为后刀轴的相关参数与前刀轴相似，故后刀轴的轴承也是选用圆锥滚子轴承30207，后刀轴与齿轮配合处选用滚针轴承。155.3 侧边链条箱的设计本机具的后刀轴与前刀轴采用的是平行的链条传动，因此可以保持前后刀轴转速相同。这边之所以选择链条传动而不是带传动，是因为带传动存在弹性滑动和打滑现象，并且链传动可在环境恶劣的条件下工作。下面对链条传动的设计方案作出分析：链传动是一种挠性传动，它是通过链条将主动轮的动力以及运动传递给从动轮的一种传动方法。链条传动能够在恶劣的环境下正常工作，例如潮湿、高温的环境下，特别适用于农业机械。链条的承载能力随着链条数的增加而提高，链条的制造精度也就随之而加大，而且各排受力也会出现不均匀的现象，这样就会降低它的寿命，在通常情况下，排数不应超过4排。在所需传递的功率很大时，可以采用两根或两根以上的双排链或三排链。我们知道，链传动是并不减速的，根据前刀轴轴径、刀轴转速等参数，现选用滚子链的型号为12A的单排链传动。15设计的参数：链节距 滚子外距销轴的直径 内链节内宽 内链节外宽内链板高度 排距分度圆直径齿顶圆直径齿根圆直径链轮5.4 中间传动箱体的结构设计（1）传动箱体的材料选择 在本次设计中我们选择的中间传动箱的类型是整体铸造箱体，它是由材料HT200制成。（2） 我们选择减速箱的箱体厚度为10mm，传动箱体的装配图如装配图所示，选用箱体的表面粗糙度为Ra6.3。135.5 罩壳与弹性拖板的设计 罩壳与拖板及挡泥板起能够挡住旋耕抛起的土块并再次破碎土块，使耕作后的土壤地表平整，并改善了劳动条件和保证了机具安全运行。在设计中，刀片与罩壳的间隙应选则一个合适的距离，间隙过大结构也就越大不允许，间隙过小，会产生易堵塞，增加摩擦阻力等问题。一般来说，刀片与罩壳的间隙前段为30-40毫米，后端为70-80毫米。外壳和机架上的侧边链条传动箱体和侧板连接在一起，根据使用规范调节弹性杆来控制拖板的高度。中间吃轮传动式的旋耕机罩壳拖板，以中间齿轮箱为界限，分为左右两各部分组成。5.6 挡草圈和双油封的设置为了提高齿轮箱刀轴轴承处的密封性能，我们采用了一个双向油封结构既封油又封水泥。为了克服轴颈处对油封的挤压而破损密封环，特将此处的外刀管上设置一个迷宫式挡草圈，当其直径增大后既能够减少缠草，又能够能确保密封安全可靠。46 机具的安装及润滑方式6.1机具的安装调整在安装万向节时，确保开口销与插销的正确安装。同时，在安装时注意以下几个事项。第一个是根据拖拉机的型号选择不同长度的方轴与方轴套，确保机具在工作时轴和轴套之间要有足够的配合长度避免出现顶死问题。本次设计中选择是东方红-20，则选用的方轴长度为213mm，方轴套管夹叉长度为290mm。具体的按表3选用。拖拉机倒退与旋耕机的悬挂架中部对准，为了使旋耕机的左右悬挂架与拖拉机销联接，将拖拉机的下拉杆高度提高到适当的位置。第二个是方轴夹叉与方轴套夹叉的开口必须在同一平面内，如果没有正确安装则会造成传动轴回转不均匀从而造成零件的破坏。其正确的安装方法如下图所示。另外，机具的调整方式有如下几种：1.旋耕机输入轴水平的调整将该旋耕机下降至所需要的耕深，看旋耕机的输入轴和拖拉机的输出轴是否在同一水平线上。如果不在，我们可以调节丝杠的长度，确保输入与输出轴平行，从而保证万向节回转均匀。2.左右水平的调整把水田掩埋旋耕机下降至刀尖接近地面，观察检测刀轴上左右刀尖距离地面的高度是否一致，如果不一致，那么根据高度的差异调节拖拉机左右下拉杆的位置，直至刀尖的高度一致为止。3. 机具高度的调整因为当提升旋耕机时万向节联轴器的夹角变大，且万向节联轴器传动的最大夹角不超过30，所以对旋耕机提升不能过高，一般使刀尖离地20cm左右即可。若需要机具过沟堑或田埂使，则须将旋耕机的动力切断。56.2润滑方式选择我们使用是闭式软齿面齿轮减速器，齿轮的运转速度低于12m/s，所以使用浸油润滑。 结论与展望结论本设计优良之处：解决了现有的旋耕机只能进行旋耕工作不能埋草而埋草机只能埋